java 线程并发（生产者、消费者模式）

线程并发协作(生产者/消费者模式)

多线程环境下，我们经常需要多个线程的并发和协作。这个时候，就需要了解一个重要的多线程并发协作模型“生产者/消费者模式”。

Ø 什么是生产者?

      生产者指的是负责生产数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是消费者?

      消费者指的是负责处理数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。

Ø 什么是缓冲区?

      消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“缓冲区”。生产者将生产好的数据放入“缓冲区”，消费者从“缓冲区”拿要处理的数据。

 缓冲区是实现并发的核心，缓冲区的设置有3个好处：

Ø 实现线程的并发协作

      有了缓冲区以后，生产者线程只需要往缓冲区里面放置数据，而不需要管消费者消费的情况;同样，消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可，也不需要管生产者生产的情况。 这样，就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离。

Ø 解耦了生产者和消费者

      生产者不需要和消费者直接打交道。

Ø 解决忙闲不均，提高效率

      生产者生产数据慢时，缓冲区仍有数据，不影响消费者消费;消费者处理数据慢时，生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。

生产者与消费者模式

public class TestProduce {
    public static void main(String[] args) {
        SyncStack sStack = new SyncStack();// 定义缓冲区对象；
        Shengchan sc = new Shengchan(sStack);// 定义生产线程；
        Xiaofei xf = new Xiaofei(sStack);// 定义消费线程；
        sc.start();
        xf.start();
    }
}
 
class Mantou {// 馒头
    int id;
 
    Mantou(int id) {
        this.id = id;
    }
}
 
class SyncStack {// 缓冲区(相当于：馒头筐)
    int index = 0;
    Mantou[] ms = new Mantou[10];
 
    public synchronized void push(Mantou m) {
        while (index == ms.length) {//说明馒头筐满了
            try {
               //wait后，线程会将持有的锁释放，进入阻塞状态；
               //这样其它需要锁的线程就可以获得锁；
                this.wait();
                //这里的含义是执行此方法的线程暂停，进入阻塞状态，
                //等消费者消费了馒头后再生产。
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 唤醒在当前对象等待池中等待的第一个线程。
        //notifyAll叫醒所有在当前对象等待池中等待的所有线程。
        this.notify();
        // 如果不唤醒的话。以后这两个线程都会进入等待线程，没有人唤醒。
        ms[index] = m;
        index++;
    }
 
    public synchronized Mantou pop() {
        while (index == 0) {//如果馒头筐是空的；
            try {
                //如果馒头筐是空的，就暂停此消费线程（因为没什么可消费的嘛）。
                this.wait();                //等生产线程生产完再来消费；
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.notify();
        index--;
        return ms[index];
    }
}
 
class Shengchan extends Thread {// 生产者线程
    SyncStack ss = null;
 
    public Shengchan(SyncStack ss) {
        this.ss = ss;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("生产馒头：" + i);
            Mantou m = new Mantou(i);
            ss.push(m);
        }
    }
}
 
class Xiaofei extends Thread {// 消费者线程；
    SyncStack ss = null;
 
    public Xiaofei(SyncStack ss) {
        this.ss = ss;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Mantou m = ss.pop();
            System.out.println("消费馒头：" + i);
 
        }
    }
}

执行结果如图：

线程并发协作总结：

      线程并发协作(也叫线程通信)，通常用于生产者/消费者模式，情景如下：

      1. 生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。

      2. 对于生产者，没有生产产品之前，消费者要进入等待状态。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。

      3. 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费。

      4. 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的。

        · synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步;

        · synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)。

      5. 那线程是通过哪些方法来进行消息传递(通信)的呢?见如下总结：

6. 以上方法均是java.lang.Object类的方法;

      都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常。

 

在实际开发中，尤其是“架构设计”中，会大量使用这个模式。 对于初学者了解即可，如果晋升到中高级开发人员，这就是必须掌握的内容。